SPIESSHOFER, Thomas (Weiherstrasse 27, Bermatingen, 88697, DE)
| Patentansprüche 1. Arbeitsverfahren zum Betreiben von Pressen (1) mit Stößel (2) und Werkzeug (2.1), wie Umformpressen oder Schneidpressen mit abgestimmten, getakteten Hüben (H) für das Formen oder Schneiden von Teilen (2.2), wobei der Hub (H) des Stößels (2) zur Erzielung kleinerer Hübe (H) im Verhältnis zu einer optimierten und ausreichenden Freigängigkeit der Presse (1) entsprechend der Funktion f(x) = a(0)/2 + a(l)*cos(l *x) + ... + gesteuert oder geregelt wird. 2. Arbeitsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Werte für den Hub (H) des Stößels (2) getaktet zu einer um >1 erhöhten Pressenhubzahl vorgegeben werden. 3. Arbeitsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Wert des Beginns des Hubs (H) und eine erste„Position" (A) überwacht, bei welcher ersten„Position" (A) eine Antriebskraftübertragung auf den Stößel (2) gemessen wird. 4. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Beginns des Hubs (H) überwacht, gesteuert und ggf. geregelt wird, um die zeitabhängige„Position" (A) des Stößels (2) reproduzierbar exakt einzuhalten. 5. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Wert des Auslaufs des Hubs (H) überwacht und eine zweite „Position" (B) einer Trennung der Antriebskraft vom Stößel (2) gemessen wird. 6. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf des Hubs (H) überwach, gesteuert und ggf. geregelt wird, um die zweite„Position" (B) des Stößels (2) reproduzierbar exakt einzuhalten. 7. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Hubs (H) innerhalb eines ersten Weges (Ii) überwacht, gesteuert oder geregelt wird. 8. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Hubs (H) innerhalb eines zweiten Weges (I2) überwacht, gesteuert oder geregelt wird. 9. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Hubs (H) in Abhängigkeit von einer Zeit (t) überwacht, gesteuert oder geregelt wird. 10. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Hubs (H) in Abhängigkeit von einem Drehwinkel überwacht, gesteuert oder geregelt wird. 11. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet , daß a) entsprechend der Funktion f(x) = a(0)/2 + a(l)*cos(l *x) + ... + gesteuert oder geregelt wird und dabei Werte für den Hub (H) des Stößels (2) getaktet zu einer um >1 erhöhten Pressenhubzahl vorgegeben werden, b) der Verlauf des Beginns des Hubs (H) überwacht, gesteuert und ggf. geregelt wird und Werte der ersten„Position" (A) der Antriebskraftübertragung auf den Stößel (2) gemessen werden und c) der Auslauf des Hubs (H) überwacht, gesteuert und ggf. geregelt wird und Werte der zweiten„Position" (B) der Trennung der Antriebskraft vom Stößel (2) gemessen werden. 12. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Programms, welches vorgenannte Schritte zur automatischen Steuerung der Presse (1) aufweist, und zwar mindestens einen der Programmschritte entsprechend der Funktion f(x) = a(0)/2 + a(l)*cos(l*x) + ... + gebildete Werte, des Verlaufs des Beginns des Hubs (H) zur automatischen Steuerung und ggf. Regelung der ersten„Position" (A) mit den gemessenen Werten der Antriebskraftübertragung auf den Stößel (2), des Auslauf des Hubs (H) zur automatischen Steuerung und ggf. Regelung der zweiten„Position" (B) der Trennung der Antriebskraft mit den gemessenen Werten vom Stößel (2) 13. Arbeitsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, , dadurch gekennzeichnet , daß das Programm einregelbare oder zu erreichende Daten, wie Geschwindigkeit und Beschleunigung des Stößels (2) und eine Mindestfreigängigkeit der Presse (1) umfasst. 14. Arbeitsverfahren und Programm nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Arbeitsschritt jeder zyklischen Bewegung des Stößels (2) gemäß der Formel Hub = a(0)/2 + a(l)*cos(l*x) + a(2)*cos(2*x) + b(l)*sin(l *x) + ... + b(2)*sin(2*x) + ... + und danach gebildeten Koeffizienten gesteuert oder geregelt wird. 15. Arbeitsverfahren und Programm nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine Transferbewegung von Presse (1) zu Presse (1) für das Formen oder Schneiden von Teilen (2.2) in Abhängigkeit von mindestens einem der Schritte Beginn des Hubs (H) und Überwachung einer ersten„Position" (A), Auslauf des Hubs (H) und Überwachung einer zweiten„Position" (B), Verlauf des Hubs (H) und Überwachung eines ersten Weges (Ii) und Verlauf des Hubs (H) und Überwachung eines zweiten Weges ( ) gesteuert oder geregelt wird. 16. Einrichtung (4) zur Durchführung des Arbeitsverfahren zum Betreiben von Pressen (1) mit Stößel (2) und Werkzeug (2.1), umfassend Mittel für ein Transfersystem (3) zum Transport der zu formenden oder geformten oder zu schneidenden oder geschnittenen Teile (2.2), dadurch gekennzeichnet, daß zum geregelten Einlauf in die erste Position (A) und zum geregelten Auslauf aus der zweiten Position (B) ein Servomotor (5) im Bereich eines Hauptantriebs (4) der Presse (1) angeordnet, dem Hauptantrieb (4) der Presse (1) zugeschaltet oder der Servomotor (5) als Hauptantrieb (4) ausgebildet ist. 17. Einrichtung (4) zur Durchführung des Arbeitsverfahren zum Betreiben von Pressen (1) mit Stößel (2) und Werkzeug (2.1), umfassend Mittel für ein Transfersystem (3) zum Transport der zu formenden oder geformten oder zu schneidenden oder geschnittenen Teile (2.2), dadurch gekennzeichnet, daß zum geregelten Einlauf in die erste Position (A) und zum geregelten Auslauf aus der zweiten Position (B) eine Kupplungs- Bremskombination (6) dem Hauptantrieb (4) der Presse (1) zugeordnet, vor- oder nachgeschaltet ist. 18. Einrichtung (4) zur Durchführung des Arbeitsverfahren zum Betreiben von Pressen (1) mit Stößel (2) und Werkzeug (2.1), umfassend Mittel für ein Transfersystem (3) zum Transport der zu formenden oder geformten oder zu schneidenden oder geschnittenen Teile (2.2), dadurch gekennzeichnet, daß zum geregelten Einlauf in die erste Position (A) ein Servomotor (5) im Bereich eines Hauptantriebs (4) der Presse (1) angeordnet, dem Hauptantrieb (4) der Presse (1) zugeschaltet oder der Servomotor (5) als Hauptantrieb (4) ausgebildet und zum geregelten Auslauf aus der zweiten Position (B) eine Kupplungs- /Bremskombination (6) angeordnet ist. 19. Einrichtung (4) zur Durchführung des Arbeitsverfahren zum Betreiben von Pressen (1) mit Stößel (2) und Werkzeug (2.1), umfassend Mittel für ein Transfersystem (3) zum Transport der zu formenden oder geformten oder zu schneidenden oder geschnittenen Teile (2.2), dadurch gekennzeichnet, daß zum geregelten Einlauf in die erste Position (A) eine Kupplungs-/Bremskombination (6) dem Hauptantrieb (4) der Presse (1) zugeordnet, vor- oder nachgeschaltet und zum geregelten Auslauf aus der Position (B) ein Servomotor (5) angeordnet ist. |
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Arbeitsverfahren und eine Einrichtung zum Betreiben von Pressen mit Stößel und Werkzeug, wie Umformpressen oder Schneidpressen, z.B. Großteil- Stufenpressen, Transferpressen, Mehrstößeltransferpressen, derartige Umformpressen oder Schneidpressen auch eingeordnet in Pressenstraßen.
Stand der Technik
Derartige Gattungen von Umformpressen, Pressenstraßen oder Schneidpressen weisen im Wesentlichen die Arbeitsschritte Zuführung, ggf. Zentrierung, Formung oder Schneiden und Ablage der Teile mit integrierten Transferschritten für die Teile auf. In der Regel sind dafür Mittel für ein Transfersystem zum Transport der zu formenden oder geformten oder zu schneidenden oder geschnittenen Teile, ggf. auch über ein Zentriersystem, vorgesehen. Das Zusammenwirken dieser Schritte und Systeme ist abgestimmt zu den getakteten Formhüben oder Schneidhüben der jeweiligen Umformpresse oder Schneidpresse. Sowohl die einzuhaltende getaktete Arbeitsweise als auch insbesondere die Überlagerung von
Bewegungsvorgängen für das Pressen und den Transfer der zu bearbeitenden Teile erfordern Abstände, die zu einer so genannten Freigängigkeit der Presse führen. Diese erforderliche Freigängigkeit ist ein wesentliches Kriterium für die kinematische und bauliche Auslegung bzw. Gestaltung von Pressen der eingangs genannten Gattung.
Auf Grund der Komplexität der Abläufe und Systeme dieser Gattungen von Pressen unterliegen sie einem marktsei tig intensivierten Forderungsprogramm sowohl hinsichtlich einer Kostensenkung der Presse selbst und deren Antriebssträngen sowie den peripheren Einrichtungen als auch der Erhöhung ihrer Leistungsfähigkeit.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Es liegt nun nahe, die Umformpressen oder Schneidpressen und peripheren Systeme hinsichtlich ihrer erforderlichen Masse zu untersuchen, um die Kosten durch Optimierungen
- der Konstruktion mittels Materialeinsparungen und
- der Verfahrensabläufe
zu senken.
Eine zugleich geforderte Erhöhung der Leistung der Antriebsstränge, um die Ausbringung der Presse zu erhöhen, erfordert regelmäßig wiederum erhöhte Kosten.
Die Realisierung gewünschter großer Hübe und damit großbauender Pressen sowie leistungsfähiger Antriebe stehen den geforderten Kostensenkungen ebenfalls entgegen, obwohl die Forderung nach Kostensenkungen rnarktseitig drängt.
Die Überlegungen, um dahingehend günstige oder ausbringungsoptimierte Lösungen zu schaffen, haben in der Pressentechnologie geltende Regeln zu befolgen, welche hauptsächlich sind:
• Dem wie oben dargestellten Gesamtsystem sind physikalische Grenzen gesetzt, die von den technischen Funktionen, wie
■ die Vermeidung von Kollisionen der beteiligten Transfermittel, Werkzeuge und Werkstücke,
■ den Umformkräften und den Umformgeschwindigkeiten sowie
■ den Beschleunigungen und Geschwindigkeiten und deren zeitliche Änderung während des Teiletransports zwischen den Umformstufen
bestimmt werden.
• Die Vielfalt der Formen, insbesondere die dreidimensionalen Formen der Teile wie Werkstücke, deren Transfer und die beteiligten Werkzeuge erfordern eine große wie oben schon angesprochene Freigängigkeit der Pressen, die regelmäßig mit relativ großen Hublängen der Pressenstößel erreicht wird, wobei die dementsprechend auszulegenden Pressenständer und Antriebsstränge wiederum zu hohen Kosten führen. Zur Erzielung eines ausgewogenen Verhältnisses zwischen dieser Freigängigkeit und den Hublängen werden schon nach einem internen Stand der Technik vorteilhafte Transfermittel, wie so genannte Crossbar Feeder und/oder Swingarms eingesetzt.
Das Prinzip beider Systeme ist, dass ein Querbalken über das zu transportierende Teil gebracht wird, um das Teil selbst dann über an dem Querbalken angebrachte Vakuumsauger während des Transports zu halten. Die Transfergeräte unterscheiden sich dabei nur in der Antriebskinematik.
Mit diesen Systemen lassen sich schon auf Grund ihrer besonderen kinematischen Abläufe zum Transport der Teile wie Werkstücke von Arbeitsgang zu Arbeitsgang und deren
Schwenkung während des Transportablaufs bis hin zum Verformungs- oder Schneidvorgang optimierte Hublängen von Pressen realisieren.
Ein durch den Fachmann bei derartigen Prozessen von Pressen als Diagramm verfolgter Verlauf des Pressenstößels ist beispielsweise in der Kurve gemäß Fig. 1 zum Verständnis des Standes der Technik dargestellt. Die Kurve folgt annähernd einem Verlauf gemäss f x) = sin x. Dabei wird theoretisch ein Stößelhub von 1.590 mm, eine Linienhubzahl von 16
Hüben/min und eine Umformgeschwindigkeit von 600 mm/s bei 200 mm vor dem unteren Umkehrpunkt (UU) angenommen. Praktisch wurden so Stößelhübe bis ca. 1.400 mm mit entsprechenden Nachteilen ausgeführt.
Dieser Verlauf der Stößelkurve ist für die derzeit bekannten Pressen der eingangs genannten Gattung typisch, was u.a. aus dem dokumentierten der Stand der Technik belegbar ist.
Der jeweils weiterentwickelte Stand der Technik hat dabei stets die oben skizzierten physikalischen Regeln befolgt.
Danach entwickelte Pressen und deren Abläufe erschließen ohne weiteres Zutun kein Potential dafür, das komplexe Problem, wie
- einerseits die Ausbringung von Pressen weiter zu erhöhen und
- andererseits die Bauhöhen, den Materialeinsatz und die Kosten zu senken,
zu lösen. Die nachstehende Analyse des Standes der Technik zeigt diesbezüglich nur punktuelle Verbesserungen auf.
So wurde schon gemäß der DE 10 2004 015 739 B4 die Aufgabe gestellt, für jede der hintereinander angeordneten Umformstufen einer Mehrstößel-Transferpresse eine eigene Transportvorrichtung vorzuschlagen, bei der auf Orientierstationen verzichtet werden kann, und die für eine Nachrüstung älterer Mehrstößel-Transferpressen geeignet ist. Dazu werden die Vertikalbewegungen der Quertraversen der paarweise zueinander angeordneten Schlitten durch einen Schwenkhebel derart gelenkt, dass über einen Antrieb und Getriebe- und
Lagermittel ein Schwenkwinkel in seiner Größe regelbar ist.
Nach der DE 10 2004 030 678 befasste man sich auch schon zur Reduzierung des Steuerungsund Regelungsaufwands einer metallverarbeitenden Presse damit, eine möglichst kompakte Bauform zu erzielen. Jedoch konzentrierte sich die Lösung auf die Funktion der zugehörigen Ziehkissenvorrichtung. Die dort geregelte Druckbeaufschlagung wirkte sich nur marginal auf eine Kompaktbauweise der gesamten Presse aus.
Ein weiterer Ausblick auf die DE 10 2005 024 822 AI zeigt dort bereits ein
Simulationsverfahren für Transferpressen, mit welcher eine Optimierung der
Werkstückausbringung bei Vermeidung von Kollisionen angestrebt wird. Das der
Pressensteuerung zugeordnete Simulationsprogramm bewirkt zwar eine vorteilhafte
Werkstückausbringung und gestattet nach im Voraus berechneten Kollisionsgefahren kollisionsfreie Bewegungsmuster, jedoch müssen die bisher üblichen Bauhöhen der Pressen erhalten bleiben.
Des Weiteren sollen bei einer Fertigungsstrasse wie Pressenstrasse entsprechend der DE 10 2005 040 762 betriebsbedingte Abweichungen der Hauptbearbeitungsrichtungen
behinderungsfrei ablaufen. Durch eine sinnvolle Verknüpfung von Werkstückbearbeitungsund Werkstücktransporteinrichtungen werden die Arbeitsabläufe mit einem Leitrechner abgestimmt. Trotz positiver Auswirkung auf eine Optimierung der Werkstückausbringung bleiben auch hier übliche Bauhöhen der Pressen erhalten.
Es wurde auch schon gemäß der DE 102007 003 335 AI das Problem aufgegriffen, die Programmierung von Antrieben für Pressen, die einen oder mehrere Servomotoren und einen Stößel aufweisen, welche mit einem Koppelgetriebe verbunden sind, zu erleichtern. Dabei wurde das Koppelgetriebe mit einem Übersetzungsverhalten ausgestaltet, das in der Nähe des unteren Totpunkts des Stößels eine hohe dynamische Steifigkeit aufweist. Das Programm erfasst schon Darstellungen der sich ergebenden Bewegungen des Stößels, um hier steuernd einzugreifen.
Bei einer Antriebseinrichtung für eine Mehrstößel-Transferpresse nach der DE 10 2007 024 024 AI sollen sowohl hohe Preßkräfte als auch variable Stößelbewegungen mit mindestens einem Hauptantrieb und mindestens einem Zweitantrieb realisierbar sein.
Der verhältnismäßig hohe Aufwand für die gesamte Antriebseinrichtung zur Übertragung der Antriebsenergie auf alle Stufen der Mehrstößel-Transferpresse oder auf alle Einzelpressen der Pressenstraße gibt keine Anregung, hier nach Realisierungsmöglichkeiten für reduzierte Bauhöhen zu suchen.
Schließlich waren auch bei einer Mehrpunkt-Umformpresse für die Stößelbewegung entsprechend der 10 2007 026 227 AI einerseits mit den verfügbaren Drehmomenten von Servomotoren hohe Presskräfte zu realisieren und andererseits mit mehreren mechanisch synchronisierten Druckpunkten der Antriebsaufwand zu senken, um u.a. eine günstige räumliche Kippungsgestaltung in zwei Ebenen zu erhalten. Die hiernach gelöste Kombination von Kurbelrädern, Zwischenrädern und Ritzelwelle im Sinne eines Vorgeleges bringen im Hinblick auf eine Verringerung der Bauhöhe oder optimierte Werkstückausbringung keine Vorteile.
Nach analytisch-kritischer Betrachtung der untersuchten Lösungen und der angewandten Regeln sind demnach weitergehende Ansätze dafür zu finden, diese im Hinblick einer neuen technischen Aufgabenstellung zu differenzieren, um das eingangs dargestellte Problem des Forderungsprogramm einer Kostensenkung doch zu lösen.
Darstellung des Wesens der Erfindung
Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Arbeitsablauf der Arbeitsschritte und Mittel zum Betreiben von Umformpressen oder Schneidpressen der eingangs beschriebenen Gattung unter Beachtung von festgesetzten und neu festzusetzenden physikalischen Grenzen, wie die Vermeidung von Kollisionen der beteiligten Transfermittel, Werkzeuge und Werkstücke, den Umformkräften und den Umformgeschwindigkeiten derart unter Beachtung einer mindestens erforderlichen Stößelhubhöhe zu verändern, daß
- kleinere Stößelhübe zu einer optimierten an Stelle der bisher großen Freigängigkeit der Presse fuhren,
- Beschleunigung und Geschwindigkeit des Stößels höchstens beibehalten oder verringert, jedoch die Ausbringung von Teilen erhöht werden und
- kleinere Wege durch dynamische Stößelhub- und Transferbewegungen ermöglicht
werden.
Dieser Aufgabenstellung liegt einerseits die Überlegung zugrunde, daß nicht die Wirkung eines großen oder kleinen Stößelhubs auf das Werkstück wie zu formendes oder zu schneidendes Teil entscheidend ist, sondern die Umformgeschwindigkeit. Andererseits wurde überlegt und versucht, die Freigängigkeit trotz verkleinerter Stößelhübe zu erhalten, d.h. die bisher unumstoßbare Regel, daß große oder gute Freigängigkeit der Pressen große Hublängen der Pressenstößel erfordern, aufzubrechen. Dabei sollen jegliche auf die Ausbringung teilweise gegensätzlichen Einfluss nehmende Parameter betrachtet, berücksichtigt und aufeinander abgestimmt werden. Die wesentlichen Parameter davon sind:
Umformgeschwindigkeit, Freigängigkeit, Teilbeschleunigung und Geschwindigkeit sowie deren Gradient.
Überraschend wurde nun herausgefunden, daß die Aufgabe verfahrensgemäß im Hinblick auf Anspruch 1 dadurch gelöst wird, daß der Arbeitsablauf des Stößelhubs von Pressen entsprechend einer im nachstehenden Diagramm dargestellten Kurve gemäß Fig. 2 zu steuern oder zu regeln ist, bei der im Vergleich zum oben gezeigten Diagramm ein relativ kleiner Stößelhub von 1.000 mm und getaktet bei einer Pressenhubzahl von 24,7/min vorgegeben wird.
Den überraschenden und erfinderisch relevanten Unterschied zum Stand der Technik verdeutlicht der Diagramm- Vergleich der Stößelkurven entsprechend Fig. 3.
Gemäß Anspruch 1 wird demnach ein Arbeitsverfahren zum Betreiben von Umformpressen oder Schneidpressen, wie Großteil-Stufenpressen, Transferpressen, Mehrstößeltransferpressen, derartige Umformpressen oder Schneidpressen auch eingeordnet in Pressenstraßen, aufweisend die Arbeitsschritte Zuf hrung, ggf. Zentrierung, Formung oder Schneiden und Ablage der Teile mit integrierten Transferschritten für die Teile, wofür Mittel für ein Transfersystem zum Transport der zu formenden oder geformten oder zu schneidenden oder geschnittenen Teile, ggf. auch über ein Zentriersystem, vorgesehen sind, die abgestimmt zu den getakteten Formhüben oder Schneidhüben der jeweiligen Umformpresse oder
Schneidpresse korrespondieren, vorgeschlagen, bei dem der Arbeitsablauf des Stößelhubs entsprechend der Funktion f(x) = a(0)/2 + a(l)*cos(l *x) + ... + gesteuert wird. Das
Arbeitsverfahren ist ausbaufähig, wenn Werte für den Hub des Stößels getaktet zu einer um > 1, so z.B. um 1,5 erhöhten Pressenhubzahl vorgegeben und darüber hinaus mindestens ein Wert wie eine erste„Position" des Ablaufs des Hubs über eine Zeit überwacht werden. Hierbei stehen a für den Hub und x für Werte von 0 bis 2*Pi.
Im erfindungsgemässen Sinn verschmilzt damit eine vorgegebene Grösse in einen Wert, nach welchem im Arbeitsablauf des Stößelhubs in Teilbereichen auch gesteuert oder geregelt wird, um einen relativ kleinen Stößelhub getaktet bei einer Pressenhubzahl derart vorzugeben, um eine optimierte, ausreichende Freigängigkeit an Stelle der bisher großen, überdimensionierten Freigängigkeit der Presse zu erreichen.
Jede zyklische Bewegung des Hubs wird dabei mit folgender Formel dargestellt und vorgegeben:
Hub = a(0)/2 + a(l)*cos(l *x) + a(2)*cos(2*x) + ... + b(l)*sin(l*x) + b(2)*sin(2*x) +
Dabei kann x von 0 bis 2*Pi laufen.
Die Genauigkeit kann mit einer Zahl von unten noch funktional definierten Koeffizienten bestimmt und eingestellt werden.
In weiterer Ausbildung des Arbeitsverfahrens wird der Verlauf des Beginns und des Endes des Stößelhubs derart überwacht, gesteuert und ggf. geregelt, um eine zeit- oder
drehwinkelabhängig verfolgte Position des Stößels reproduzierbar exakt einzuhalten. Es wird also auch der Verlauf des Auslaufens des Stößelhubs überwacht, und es werden Werte wie die erste„Position" als Position der Antriebskraft vom Stößel und Werte wie eine zweite„Position" als Position der Trennung der Antriebskraft vom Stößel gemessen.
Dabei können sowohl der Verlauf des Beginns des Hubs innerhalb eines ersten Weges als auch der Verlauf des Auslaufs des Hubs innerhalb eines zweiten Weges überwacht, gemessen du danach gesteuert oder geregelt werden.
Das Arbeitsverfahren ist zu einer funktionell verschmelzenden Kombination von
Arbeitsschritten ausbaubar, wenn
- in einem generellen Schritt der Arbeitsablauf des Stößelhubs entsprechend der
Funktion f(x) = a(0)/2 + a(l)*cos(l *x) + ... + vorgegeben und gesteuert,
- in einem integrierten weiteren Schritt der Verlauf des Beginns des Stößelhubs
überwacht und die erste„Position" der vollen Antriebskraftübertragung auf den Stößel gemessen und ggf. geregelt und
- in einem integrierten dritten Schritt der Verlauf des Auslaufens des Stößelhubs
überwacht und die zweite Position" der Trennung der Antriebskraft vom Stößel gemessen, gesteuert und ggf. geregelt
werden.
Verfahrensgemäß kann demnach jede zyklische Bewegung des Stößels gemäß der Formel Hub = a(0)/2 + a(l)*cos(l *x) + a(2)*cos(2*x) + b(l)*sin(l *x) + ... + b(2)*sin(2*x) + ... + und danach gebildeten Koeffizienten gesteuert oder geregelt werden.
Vorteilhaft wird die Presse nach einem Programm betrieben, welches die vorgenannten Schritte zur automatischen Steuerung oder Regelung der Presse umfasst, wobei das Programm für diese Schritte einregelbare oder zu erreichende Daten, wie Geschwindigkeit und
Beschleunigung des Stößels und eine Mindestfreigängigkeit der Presse aufweist.
Das Programm, welches die vorgenannten Schritte zur automatischen Steuerung der Presse 1 umfasst, soll mindestens einen der Programmschritte, wie
entsprechend der Funktion fix) = a(0)/2 + a(l )*cos(l *x) + ... + gebildete Werte, den Verlauf des Beginns des Hubs H zur automatischen Steuerung und ggf. Regelung der ersten„Position" A mit den gemessenen Werten der Antriebskraftübertragung auf den Stößel 2,
den Auslauf des Hubs H zur automatischen Steuerung und ggf.
Regelung der zweiten„Position" B der Trennung der Antriebskraft mit den gemessenen Werten vom Stößel 2
umfassen.
Das Arbeitsverfahren und Programm können derart ausgebildet werden, daß bei
Transferpressen in Pressenstraßen mindestens eine Transferbewegung von Presse zu Presse für das Formen oder Schneiden von Teilen in Abhängigkeit von mindestens einem der Schritte
Beginn des Hubs und Überwachung einer ersten„Position",
Auslauf des Hubs und Überwachung einer zweiten„Position", Verlauf des Hubs und Überwachung eines ersten Weges und/oder Verlauf des Hubs und Überwachung eines zweiten Weges
gesteuert oder geregelt wird.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ausübung des Arbeitsverfahrens ist nach mehreren Varianten ausführbar:
1. Zum geregelten Einlauf in die erste Position und zum geregelten Auslauf in die zweite Position ist ein Servomotor im Bereich eines Hauptantriebs der Presse vorgesehen.
2. Alternativ kann zum geregelten Einlauf in die erste Position und zum geregelten Auslauf in die zweite Position eine Kupplungs-/Bremskombination vorgesehen sein.
3. Des Weiteren ist es möglich, zum geregelten Einlauf in die erste Position einen Servomotor und zum geregelten Auslauf in die zweite Position eine Kupplungs- /Bremskombination einzusetzen.
4. Schließlich kann die Einrichtung auch zum geregelten Einlauf in die erste Position eine Kupplungs-/Bremskombination und zum geregelten Auslauf in die zweite Position einen Servomotor aufweisen. Die Gesamtheit der erfinderischen Struktur des Verfahrens ist den Ansprüchen 1 bis 15, die der im Prinzip überraschend einfachen Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens den Ansprüchen 16 bis 19 zu entnehmen.
Vorteile der Erfindung
Die durch die Lösung der Aufgabe eintretenden Vorteile sind, daß in Folge der realisierbaren kleinen Stößelhübe und die Pressen in ihrer Bauhöhe insbesondere die Bauhöhe der„Ständer" von Pressen reduziert und die Antriebsstränge in der Auslegung ihrer einzelnen
Maschinenelemente kleiner gestaltet und optimiert werden und dadurch Kosten gesenkt werden können, da ebenfalls die rotierenden und bewegten Massen reduziert werden und dadurch der gesamte (teure) Antriebsstrang kleiner dimensioniert werden kann.
Im Ergebnis kann eine signifikant kleiner bauende Presse realisiert werden, was ebenfalls die Kosten in der Gebäudetechnik senkt.
Der rein technisch- funktionelle Vorteil besteht darin, daß trotz kleinerer Stößelhübe eine ausreichende wie optimierte Freigängigkeit erreicht wird.
Die Erfindung löst damit die eingangs gestellte Aufgabe, daß im Arbeitsablauf der
Arbeitsschritte und Mittel zum Betreiben von Umformpressen oder Schneidpressen der beschriebenen Gattung unter Beachtung von neu festgesetzten physikalischen Grenzen
- kleinere Stößelhübe mit einer optimierten an Stelle der bisher großen Freigängigkeit der Presse ermöglicht,
- Beschleunigung und Geschwindigkeit des Stößels bei erhöhter Ausbringung von
Teilen höchstens beibehalten oder verringert und
- kleinere Wege durch dynamische Stößelhub- und Transferbewegungen realisiert werden. Darüber hinaus verdeutlicht der Vergleich gemäß Fig. 3, daß das Potential einer höheren Hubfrequenz, d.h. einer höheren Leistungsfähigkeit wie Stückzahl in der Zeiteinheit beim Formen oder Schneiden von Werkstücken erschlossen werden kann. Das ist insbesondere dann ausnutzbar, wenn die Geometrie der Teile eine kurze Verweilzeit im Freigang des Stößelhubs gestattet. Im günstigsten Fall kann dann sogar der kürzere Stößelhub quasi ohne Stillstand des Stößels während des Teiletransfers durchlaufen.
Die hiernach konzipierten Pressen stellen somit eine neue Generation von
ausbringungsoptimierten Pressen dar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 die grafische Darstellung einer hypothetischen Stößelkurve als Stand der
Technik, wobei ein Stößelhub von 1.590 mm, eine Linienhubzahl von 16 Hüben/min und eine Umformgeschwindigkeit von 600 mm/s bei 200 mm vor UU angenommen sind,
Fig. 2 die grafische Darstellung einer Stößelkurve gemäß der Erfindung, wobei im Übrigen zu oben vergleichbaren Daten ein Stößelhub von 1.000 mm und getaktet bei einer Pressenhubzahl von 24,7/min vorgegeben sind,
Fig. 3 die grafische Darstellung gemäß Fig. 1 und Fig.2 im Vergleich zwecks
Verdeutlichung der Wirkung der bisherigen zur erfindungsgemäßen
Stößelkurve,
Fig. 4 die schematische Darstellung einer beliebigen Presse (1) zur Durchführung des Arbeitsverfahrens,
Fig. 5 die schematische Darstellung der Presse (1) mit einem den Lauf des Stößels (2) in eine erste Position (A) und eine zweite Position (B) gemäß Fig. 7
bewirkenden und im Bereich des Hauptantriebs (4) der Presse (1) angeordneten Servomotor (5), Fig. 6 die schematische Darstellung der Presse (1) mit einer den Lauf des Stößels (2) in eine erste Position (A) und eine zweite Position (B) gemäß Fig. 7
bewirkenden und dem Hauptantrieb (4) der Presse (1) zugeordneten
Kupplungs-/Bremskombination (6) und
Fig. 7 die grafische Darstellung der Überwachung und Regelung im Ablauf des Hubs (H) des Stößels (2) in der ersten„Position" (A) und des Hubs (H) des
Stößels (2) in der zweiten„Position" (B).
Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Unter Verweis auf die schon eingangs erwähnte Fig. 1 wird mit dieser deutlich, wie bei bisherigen Prozessen von Pressen der als Diagramm verfolgte Verlauf des Pressenstößels mit relativ langen Stößelhüben bis zu ca. 1.400 mm zu den eingangs dargestellten
technologischen und baulichen Nachteilen führte.
Demgegenüber zeigt die grafische Darstellung einer Stößelkurve gemäß der Erfindung in Fig. 2 bei vergleichbaren Leistungsdaten, dass ein Stößelhub von 1.000 mm und getaktet bei einer Pressenhubzahl von 24,7/min real vorgegeben werden kann. Damit können in Folge der realisierten relativ kleinen Stößelhübe die Pressen in ihrer Bauhöhe, insbesondere die
Bauhöhe der„Ständer" von Pressen 1, reduziert und die Antriebsstränge in der Auslegung ihrer einzelnen Maschinenelemente kleiner gestaltet und optimiert und dadurch Kosten gesenkt werden. Ebenfalls können die rotierenden und bewegten Massen reduziert und dadurch der gesamte Antriebsstrang kleiner dimensioniert werden. Die grafische Darstellung gemäß Fig. 3 verdeutlicht beide Wirkungen im Vergleich der unterschiedlichen Stößelkurven.
Aus den Figuren 1 bis 3 und 7 kann die jeweilige Höhe eines Hubs H eines in den Figuren 4 bis 6 schematisch dargestellten Stößels 2 entnommen werden.
Das erfindungsgemäße Arbeitsverfahren zum Betreiben einer schematisch in den Figuren 4 bis 6 wiedergebenen Presse 1 mit dem besagten Stößel 2 und einem Werkzeug 2.1 ist für Umformpressen oder Schneidpressen anwendbar. Das Arbeitsverfahren kann somit in
Umformpressen, wie Großteil-Stufenpressen, Transferpressen, Mehrstößeltransferpressen oder Schneidpressen auch in nicht dargestellten Pressenstraßen zum Formen oder Schneiden von Teilen 2.2 mit im Wesentlichen den Arbeitsschritten, Zuführung, ggf. Zentrierung, Formung oder Schneiden und Ablage der Teile 2.2 mit integrierten Transferschritten für die Teile 2.2 problemlos integriert werden.
Das Zusammenwirken der erfindungsgemässen Schritte und entsprechender Mittel zu den getakteten Hüben H für das Formen oder Schneiden der Teile 2.2 in der jeweilige Presse 1 wird nun entsprechend dem erfindungsgemäßen Arbeitsverfahren dadurch abgestimmt, daß für das Formen oder Schneiden der Teile 2.2 der Hub H des Stößels 2 zur Erzielung kleinerer Hübe H im Verhältnis zu einer optimierten, ausreichenden Freigängigkeit der Presse 1 entsprechend der Funktion f(x) = a(0)/2 + a(l)*cos(l *x) + ... + gesteuert oder geregelt wird.
Dazu können Werte für den Hub H des Stößels 2 getaktet zu einer z.B um 1 ,5 erhöhten Pressenhubzahl vorgegeben werden. Gemäß Fig. 7 wird mindestens ein Wert wie eine erste „Position" A im Ablauf des Hubs H über eine Zeit t überwacht, bei welcher ersten„Position" A eine volle Antriebskraftübertragung auf den Stößel 2 gemessen wird.
Praktisch vorteilhaft kann diese Überwachung und Regelung auch durch die Verfolgung der Position des Drehwinkels an einem zuständigen rotierenden Maschinenelement durchgeführt werden.
Der Verlauf des Beginns des Hubs H wird nicht nur überwacht, er kann sogar innerhalb eines ersten Weges Ii geregelt werden, um die zeit- oder drehwinkelabhängige„Position" A des Stößels 2 reproduzierbar exakt einzuhalten.
Des Weiteren wird der Auslauf des Hubs H überwacht und eine zweite„Position" B einer Trennung der Antriebskraft vom Stößel 2 gemessen, wie aus Fig. 7 entnommen werden kann. Auch hier wird der Auslauf des Hubs H nicht nur überwacht, sondern vorteilhaft im Bereich eines zweiten Weges geregelt, um auch diese„Position" B des Stößels 2 reproduzierbar exakt einzuhalten, und zwar analog der ersten„Position" A zeit- oder drehwinkelabhängig.
Somit ist der Fig. 7 ein zusammenhängend dargestellter Ablauf des Verfahrens entnehmbar und dann optimiert, wenn a) entsprechend der Funktion ... f(x) = a(0)/2 + a(l)*cos(l *x) + ... + gesteuert wird, dabei Werte für den Hub H des Stößels (2) getaktet zu einer z.B. um 1,5 erhöhten Pressenhubzahl (F) vorgegeben werden, und
b) der Verlauf des Beginns des Hubs H überwacht, gesteuert oder
geregelt wird und Werte wie die erste„Position" A der vollen Antriebskraftübertragung auf den Stößel 2 gemessen werden und c) der Auslauf des Hubs H überwacht wird , gesteuert oder geregelt wird und Werte wie die zweite„Position" B der Trennung der Antriebskraft vom Stößel 2 gemessen werden.
Es wurde oben schon ausgeführt, daß a für den Hub H und x für Werte von 0 bis 2*Pi stehen, so daß im erfindungsgemässen Sinn damit eine vorgegebene Grösse in einen Wert verschmilzt, nach welchem im Arbeitsablauf des Stößelhubs in Teilbereichen geregelt wird.
Damit wird ein relativ kleiner Stößelhub getaktet bei einer Pressenhubzahl vorgegeben, so dass eine optimierte, ausreichende Freigängigkeit an Stelle der bisher großen,
überdimensionierten Freigängigkeit der Presse erreicht wird.
Um jede zyklische Bewegung des Hubes dabei nach der Formel wie
Hub = a(0)/2 + a(l)*cos(l*x) + a(2)*cos(2*x) + ... + b(l)*sin(l*x) + b(2)*sin(2*x) + ... darstellen und vorgeben zu können, wobei x von 0 bis 2*Pi läuft, können Koeffizienten gemäß nachstehendem Beispiel gebildet werden: i a(i) b(i)
0 1354.227058823529000 0.000000000000000E+000
1 6.211087651786986E-014 -6.243906782879537E-014
2 290.202318413831200 -384.289975236601800
3 -2.715830852687821E-013 1.884187204349276E-013
4 49.316050906761640 173.327940214515400
5 -1.805616042677905E-013 -5.744078144460588E-014
6 -15.088290781260220 -5.845234989164741
7 -1.873716376516641E-013 8.198941002907585E-014
8 -1.986870683489189 1.230218243448128
9 -2.750407780154656E-013 8.918586271192693E-014 10 -2.564296084347008E-001 2.767316189620829
11 -2.059102420910321E-013 7.826053253200130E-014
12 1.046079698263193 9.536276480635638E-001
13 3.857297670670378E-014 -1.600336005800794E-015
14 -2.222227580962598E-001 4.154063286283567E-002
15 -3.169264053413094E-013 1.529856614009839E-013
Die Genauigkeit der erfindungsgemäß ablaufenden zyklischen Bewegungen des Stößels 2 kann demnach mit einer Zahl von Koeffizienten, die somit funktional definiert sind, bestimmt und eingestellt werden.
Das Verfahren ist durch die Verwendung eines Programms, welches die vorgenannten Schritte und Werte zur automatischen Steuerung der Presse 1 umfasst, rationell durchführbar.
Das Programm, welches die vorgenannten Schritte zur automatischen Steuerung der Presse 1 umfasst, soll mindestens einen der Programmschritte, wie
entsprechend der Funktion f x) = a(0)/2 + a(l )*cos(l *x) + ... + gebildete Werte,
den Verlauf des Beginns des Hubs H zur automatischen Steuerung und ggf. Regelung der ersten„Position" A mit den gemessenen Werten der Antriebskraftübertragung auf den Stößel 2,
den Auslauf des Hubs H zur automatischen Steuerung und ggf.
Regelung der zweiten„Position" B der Trennung der Antriebskraft mit den gemessenen Werten vom Stößel 2
umfassen.
Das Programm kann weiterhin für diese Schritte einregelbare oder zu erreichende Daten, wie Geschwindigkeit und Beschleunigung des Stößels 2 und eine Mindestfreigängigkeit der Presse 1, gemessen an der vorzugebenden Höhe des Hubs H, umfassen.
Arbeitsverfahren und Programm können mindestens einen Arbeitsschritt jeder zyklischen Bewegung des Stößels (2) gemäß der Formel Hub = a(0)/2 + a(l)*cos(l*x) + a(2)*cos(2*x) + b(l)*sin(l *x) + ... + b(2)*sin(2*x) + ... + und danach gebildeten Koeffizienten steuern oder regeln. Schließlich können Arbeitsverfahren und Programm derart ausgebildet werden, daß bei Transferpressen in Pressenstraßen mindestens eine Transferbewegung von Presse zu Presse für das Formen oder Schneiden von Teilen in Abhängigkeit von mindestens einem der Schritte
Beginn des Hubs und Überwachung einer ersten„Position",
Auslauf des Hubs und Überwachung einer zweiten„Position", Verlauf des Hubs und Überwachung eines ersten Weges und/oder Verlauf des Hubs und Überwachung eines zweiten Weges
gesteuert oder geregelt wird.
Im Sinne dieser Ausführung und den entsprechenden technologischen Abläufen können besagte Schritte einer Transferbewegung sowohl vorangehende als auch nachfolgende betreffen.
Eine zur Durchführung des Arbeitsverfahrens erforderliche Einrichtung ist in Fig. 5 und 6 Fig. auf Grund ihrer Einfachheit schematisch aber hinreichend dargestellt. Somit wird für den Fachmann das erfindungsgemäße Betreiben der in Fig. 4 schematisch dargestellten Presse 1 mit Stößel 2 und Werkzeug 2.1 klar und einfach nachvollziehbar. In Fig. 4 sind der
Vollständigkeit halber noch Mittel für ein Transfersystem 2.3 zum Transport der zu formenden oder geformten oder zu schneidenden oder geschnittenen Teile 2.2, ggf. auch über ein nicht näher dargestelltes Zentriersystem, angedeutet.
Die Einrichtung weist beispielsweise gemäß Fig. 5 zum geregelten Einlauf des Stößels 2 in die erste erfindungswesentliche Position A und zum geregelten Auslauf in die zweite erfindungswesentliche Position B einen Servomotor 5 auf. Dieser Servomotor 5 kann im Bereich eines Hauptantriebs 4 der Presse 1 angeordnet, dem Hauptantrieb 4 zugeschaltet oder als Hauptantrieb 4 ausgebildet sein.
In Fig. 6 ist beispielsweise dargestellt, daß zum jeweils geregelten Einlauf in die Position A und Auslauf aus der Position B eine Kupplungs- Bremskombination 6 dem Hauptantrieb 4 vor-oder nachgeschaltet oder in diesen integriert ist.
Im Sinne der Erfindung sind auch gleichwirkende Mittel denkbar, die - die erste„Position" A im Ablauf des Hubs H über eine Zeit t oder nach dem besagten Drehwinkel überwachen, bei welcher„Position" A die volle Antriebskraftübertragung auf den Stößel 2 gemessen und der Verlauf des Beginns des Hubs H innerhalb des ersten Weges Ii geregelt wird, um die zeitabhängige„Position" A des Stößels 2 reproduzierbar exakt einhalten zu können, und
- beim Auslauf des Hubs H die zweite„Position" B einer Trennung der Antriebskraft vom Stößel 2 analog überwachen, messen und im Bereich des zweiten Weges regeln, um auch diese„Position" B des Stößels 2 reproduzierbar exakt einhalten zu können.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die durch die Erfindung erschlossenen ökonomischen und realisierbaren technisch- funktionellen Vorteile sichern eine preisgünstige technologisch verbesserte Herstellung der gattungsgemäßen Pressen beim Produzenten mit einem erhöhten Gebrauchswert derselben für den Betreiber. Darüber hinaus wirkt sich die Erfindung vorteilhaft auf die Gestaltung der die gattungsgemäßen Anlagen umgebenden Gebäude aus.
Bezugszeichenliste
1 = Presse
2 = Stößel
2.1 = Werkzeug
2.2 = zu formendes/schneidendes Teil
3 = Mittel für Transfersystem
4 = Hauptantrieb
5 = Servomotor
6 = upplungs-/Bremskombination
A = erste Position
B = zweite Position
H = Hub des Stößels 2
1 1 = erster Weg
1 2 = zweiter Weg
t = Zeit